CN201146335Y - 一种用于高压电气设备的隔震设备 - Google Patents

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韩军科
曹枚根
杨风利
杨靖波
代泽兵
樊宝珍
卢智成
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Abstract

一种用于高压电气设备的隔震设备属于输变电工程领域。该设备从上至下依次包括连梁(2)、隔震层(3)和基础(4)；所述连梁(2)做成钢筋混凝土梁，或者做成钢梁；所述隔震层(3)包括隔震装置和阻尼器，采用钢筋混凝土梁，位于地面上或者作用于地面下；隔震装置选取夹层橡胶隔震垫、摩擦滑移隔震装置、滚动隔震装置或采用混合隔震装置；所述(4)为基础可以采用独立基础或独立+桩基础，隔震层下部的板面一般采用钢筋混凝土板；当钢筋混凝土连梁(2)位于地面下时，连梁(2)之间浇筑混凝土板。本实用新型在高烈度地震作用下，仍然使上部结构处于弹性工作状态，减震机理明确，减震效率高。

Description

一种用于高压电气设备的隔震设备
技术领域
本实用新型属于输变电工程设计领域，特别是针对变电站高压电气设备的抗震设计。
背景技术
电力系统是由发电、输电、配电等环节组成的。工程抗震主要考虑发电厂、输电线路和变电站的抗震性能。输电线路自身的抗震性能很好，不易损坏。震害资料中为数不多的输电线路的破坏，主要原因是输电塔的地基失效造成的，例如断层、地基滑移等等。而发电厂、变电站的破坏主要是内部的电力设施及厂房、建构筑物的破坏，从而导致发电厂、变电站的电流传输受阻，造成更大的经济损失。因此提高电力设施及厂房、构筑物的抗震性能是保护电力系统免受震害的最根本方法。
电瓷型高压电气设备包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、支柱绝缘子、避雷器等。电瓷型高压电器设备的损坏率非常高，是变电站功能失效的主要因素。在唐山地震中，断路器的损坏率最高达到了58％；隔离开关的损坏率最高达到30％；避雷器最高达到了66％。Northridge地震中，某一变电站在地震加速度峰值达到0.38g时，一些电气设备的损坏率就达到或超过50％。
这类电气设备的绝缘部分均由瓷套管组成，其震害特点大多是瓷套管根部断裂。震害的主要原因是：
(一)瓷是脆性材料，抗弯性能很差，加上设备的结构形式特殊，不仅又细又长，而且上部质量较大，地震时瓷套管的根部承受很大的弯矩，使瓷套管强度不足而断裂。尤其是在瓷套管与其它材料的连接处，变形不协调加大了瓷套管的裂损。
(二)这类电气设备的固有频率在1-10Hz范围内，与地震波的卓越频率相近，设备容易发生拟共振。而且这类设备的阻尼比较小，一旦接近共振频率，动力放大系数就很大，损坏更加严重。
对于处于高烈度区的变电站，高压电气设备的自身特点决定了依靠增强其自身及其支架的刚度，来减小高压电气设备的地震响应，不能够从根本上解决高压电气设备的抗震问题。对高压电气设备设置基底隔震层，通过隔震系统的滑移吸收地震能量，基础只将有限的地震能量传给上部结构，因此，隔震系统在高烈度地震作用下，仍然使上部结构处于弹性工作状态，减震机理明确。
实用新型内容
本实用新型针对我国变电站高压电气设备地震易损性高的特点，提出了将基底隔震技术应用到高压电气设备体系中，从根本上解决高压电气设备的抗震问题。
基底隔震高压电气设备如图1所示，从上至下依次包括
连梁2、隔震层3和基础4；
所述连梁2做成钢筋混凝土梁，或者做成钢梁；
所述隔震层3包括隔震装置和阻尼器，采用钢筋混凝土梁，位于地面上或者作用于地面下；隔震装置选取夹层橡胶隔震垫、摩擦滑移隔震装置、滚动隔震装置或采用混合隔震装置；
所述基础4采用独立基础或独立+桩基础，隔震层下部的板面采用钢筋混凝土板；
当钢筋混凝土连梁2位于地面下时，连梁2之间浇筑混凝土板。
所述支架1为高压电气设备支架，主要针对变电站电瓷型高压设备，对于电力变压器等高压电气设备则无支架1，它的作用是支撑高压电气设备瓷柱。所述2为连梁，其作用是将临近的高压电气设备通过连梁2连成一个整体，协同抵抗地震作用。所述3为隔震层，隔震层可以选取夹层橡胶隔震垫、摩擦滑移隔震装置(带复位消能装置)、滚动隔震装置或采用混合隔震装置，它的作用是吸收地震能量。所述4为基础，其作用是支撑隔震层，可以采用独立基础或独立+桩基础，考虑到阻尼器和设备管线的设置、施工时和竣工时的检查，隔震层下部的板面一般采用钢筋混凝土板。
连梁2可以做成钢筋混凝土梁，也可以做成钢梁。隔震层3可以作用于地面上也可以作用于地面下。当隔震层作用于地面以下，易采用钢筋混凝土梁，考虑到变电站区域地面的绿化问题，钢筋混凝土连梁之间可以浇筑混凝土板，混凝土板上可以进行地面绿化。基于安装方便及美观角度考虑，传统高压电气设备之间通常采用硬导线连接，大震时加速了设备的破坏，采用基底隔震技术电气设备之间易采用软导线。
在基底隔震高压电气设备由于设置了隔震层，取决于隔震层水平刚度的电气设备自振周期增大，使作用于上部结构的地震力减小。地震能量几乎都由隔震层的减震机构(阻尼器)吸收。采用基底隔震高压电气设备的支架可按本地区抗震设防烈度降低一度到两度进行设计，但是，上部结构也还是应有足够的强度以抵抗移减弱的地震力的作用。
隔震层隔震装置的布置原则应使隔震层所有隔震构件的刚心与上部结构的重心尽可能保持一致，避免隔震层的震动扭转的增加。当上部结构不规则，在连梁下部配置隔震装置，压力会不一样，因此仅靠隔震器会产生隔震层的刚心与上部结构的重心不一致。采用与隔震器独立的阻尼器进行设计，在阻尼器的弹性范围内，可以使隔震层的刚心与上部结构的重心一致。
由于隔震层将高压电气设备与基础隔开，使地震力大幅度降低，基底隔震高压电气设备的基础与一般高压电气设备基础相比，结构形式和荷载有一定差别，没有必要采用与一般高压电气设备同样的结构形式。基础结构应根据地基承载力，可选择直接承压的基础结构，由于采用隔震层，上部结构产生的地震水平力减小，基础结构的尺寸可以适当减小。
基底隔震高压电气设备，变形和能量吸收都集中在隔震层，因此隔震装置有可以置换的优点。特别是与隔震器独立的阻尼器的置换一般较为方便，这就是所谓“地震时利用其吸收能量，方便更新构件”的结构体系。
附图说明
图1基底隔震高压电气设备正立面图和侧立面图，其中1为支架，2为连梁、3为隔震层、4为基础。图1A为主视图，图1B为图1A的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图以高压隔离开关为例对具体实施方式及应用进行详细说明。
隔离开关，本体高度2.7m，其中支柱绝缘子部分由两节瓷瓶组成，上节瓷瓶的长度1060mm，直径110mm；下节瓷瓶长度1060mm，直径140mm。底座由型钢组成，瓷瓶与底座之间有钢制轴承支座，以控制支柱绝缘子的转动。支架1为混凝土柱，高度4m。为了隔离开关及支架能够协同工作，隔离开关基底做成钢筋混凝土连梁2，连梁截面尺寸为800×600mm。隔震层3顶面设计在同一标高上，隔震支座个数为6个。隔震支座通过预埋钢板与基础4和连梁2相连接。
为了考虑高压电气设备在地震中每一时刻的动力反应情况，采用时程分析法进行地震反应分析，分析中考虑双向地震作用对高压电气设备的影响。基底隔震高压隔离开关与非隔震高压隔离开关自振周期对比如下表
Figure Y20072019048500061
基底隔震高压隔离开关与非隔震高压隔离开关内力减震率统计结果如下表
Figure Y20072019048500062
结论：
一)基底隔震高压电气设备大大延长了上部结构的自振周期，增大地震波与高压隔离开关之间的频率比。

Claims (4)

1、一种用于高压电气设备的隔震设备，其特征在于，从上至下依次包括连梁(2)、隔震层(3)和基础(4)；
所述连梁(2)做成钢筋混凝土梁，或者做成钢梁；
所述隔震层(3)包括隔震装置和阻尼器，采用钢筋混凝土梁，位于地面上或者作用于地面下；隔震装置选取夹层橡胶隔震垫、摩擦滑移隔震装置、滚动隔震装置或采用混合隔震装置；
所述基础(4)采用独立基础或独立+桩基础，隔震层下部的板面采用钢筋混凝土板；
当钢筋混凝土连梁(2)位于地面下时，连梁(2)之间浇筑混凝土板。
2、根据权利要求1所述的一种用于高压电气设备的隔震设备，其特征在于，针对带有支架的高压电气设备，在连梁(2)上设支架(1)。
3、根据权利要求1所述的一种用于高压电气设备的隔震设备，其特征在于，在电气设备之间采用软导线连接。
4、根据权利要求1所述的一种用于高压电气设备的隔震设备，其特征在于，当所述的高压电气设备结构及外形不规则时，采用与隔震器相独立的阻尼器进行设计，在阻尼器的弹性范围内，使隔震层的刚心与上部结构的重心一致。
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